Prąd, wodór, czy silnik spalinowy? Który układ napędowy jest lepszy?

Motoryzacja stanęła u progu największych przemian od początku swojego istnienia. Do lamusa odchodzą bowiem silniki tłokowe. Który układ napędowy jest lepszy? Prąd, wodór, czy może wciąż silnik spalinowy?

Volkswagen nie skreślił napędu wodorowego – został on użyty w prototypowym Crafterze HyMotion. Koncern z Wolfsburga postawił jednak na energię elektryczną. Prąd wprawi w ruch całą rodzinę ID. Inwestycja w rozwój elektrycznej mobilności jest poparta obecnymi możliwościami technologicznymi. Kwestia ta nie jest jednak oczywista. Sercem napędu wodorowego jest ogniwo paliwowe, a produktem ubocznym utleniania wodoru krystalicznie czysta woda. Brzmi świetnie, prawda?

Wodór lepszy od prądu?

Odkąd VW rozpoczął w Zwickau produkcję modelu ID.3, wkraczając w epokę elektrycznych samochodów, politycy oraz eksperci dyskutują w mediach i na forach społecznościowych o tym, czy decyzja marki o konsekwentnym rozwijaniu elektrycznej mobilności jest słuszna. A może największy producent aut w Europie powinien postawić na alternatywne źródła napędu, zwłaszcza na rozwój ogniw paliwowych wykorzystujących wodór? Decyzja koncernu Volkswagen jest jednoznaczna – mimo prowadzenia badań nad ogniwem paliwowym zamierza masowo produkować pojazdy elektryczne i za kilka lat oferować je w liczbie miliona egzemplarzy rocznie.

– Bardzo niska efektywność well-to-wheel (od źródła do koła) ogniw paliwowych stosowanych w samochodach osobowych sprawia, że auta czysto elektryczne są wielokrotnie bardziej ekonomiczne – powiedział gazecie „Wirtschaftswoche” profesor Maximilian Fichtner, wybitny ekspert w dziedzinie badań nad wodorem.

Opinia ta pokrywa się z wynikami badania „Przemysł samochodowy 2035 – prognozy na przyszłość”, prowadzonego przez ponad sześć miesięcy przez 80 ekspertów oraz ankieterów firmy doradczej Horváth & Partners. Wyniki są jednoznaczne. Straty energii podczas transportu oszacowano na 8 proc. Podczas przemiany prądu potrzebnego do napędu elektrycznego silnika traci się kolejne 18 proc. Oznacza to, że efektywność auta z akumulatorem w zależności od modelu wynosi od 70 do 80 proc.

W samochodach napędzanych wodorem straty są znacznie większe. 45 proc. energii pochłania samo pozyskiwanie wodoru w procesie elektrolizy. Z pozostałych 55 proc. pierwotnej ilości energii kolejne 55 proc. zostaje zużyte w czasie zamiany wodoru na prąd elektryczny w samochodzie. Efektywność układu napędowego w pojeździe zasilanym wodorem wynosi więc, w zależności od modelu, od 25 do 35 proc. Żeby jednak oddać sprawiedliwość, dodajmy, że efektywność paliw alternatywnych jest jeszcze niższa i wynosi tylko od 10 do 20 proc. Ogniwo paliwowe ma wiele zalet – zapewnia duży zasięg, szybko się je tankuje i może zastąpić ciężkie akumulatory w samochodzie.

Wodór ma jedną zasadniczą wadę

Jest stosunkowo mało wydajny, zarówno pod względem efektywności energetycznej, jak i kosztów. Przy obecnej presji na zwiększenie wydajności przemysłu nie można już pozwolić na żadne marnotrawstwo energii. Obecnie wszystko wskazuje, że użycie napędu wodorowego będzie optymalne tylko w transporcie dalekobieżnym – w przypadku autobusów i ciężarówek. Bo w tych przypadkach decydującą rolę odgrywają masa akumulatora, zasięg i czas potrzebny do tankowania – a wraz ze wzrostem wydajności akumulatora bardzo zwiększają się jego masa i czas ładowania. Ponadto stacji tankowania samochodów ciężarowych nie ma tak dużo, dlatego ich przystosowanie do zasilania ciężarówek w wodór nie byłoby aż tak kosztowne. Osobowe samochody elektryczne na wodór są droższe od elektrycznych nie tylko w chwili zakupu, ale również podczas późniejszej eksploatacji. Obecnie kierowcy za wodór na przejechanie 100 km płacą 11 euro. Auto elektryczne zużyje prąd o wartości 2–7 euro.

Przestawienie się kierowców na samochody elektryczne będzie odbywało się dwuetapowo. W fazie nazywanej przez ekspertów PUSH, która potrwa jeszcze do 2023–2025 roku, producenci będą promowali auta na prąd. Powodem będzie przede wszystkim konieczność spełnienia ostrych norm dotyczących emisji dwutlenku węgla. Do tego dojdą wysokie początkowe koszty inwestycji, którą trzeba będzie możliwie szybko zamortyzować. Obydwa czynniki spowodują, że trzeba będzie stworzyć jakieś formy wspierania zakupu samochodów elektrycznych.

W kolejnej fazie, PULL, trwającej prawdopodobnie do 2030–2035 roku, samochody elektryczne staną się dla klientów interesującą propozycją także z powodów finansowych. Po wprowadzeniu normy Euro 7 auta z silnikami spalinowymi staną się droższe i zmniejszy się różnica cenowa w stosunku do elektryków. Zjawisko to zwiększy jeszcze podatek od emisji CO₂, który spowoduje dalszy wzrost cen paliw kopalnych. Kierowcy będą kuszeni także niższymi kosztami eksploatacji pojazdów elektrycznych, które nie mają elementów podlegających okresowej wymianie, jak np. paski rozrządu, świece lub filtry powietrza, oleju czy paliwa. Z badania wynika, że – zależnie od modelu – roczne koszty „paliwa” do samochodu elektrycznego będą niższe od 400 do 600 euro, a koszty serwisowania – od 200 do 400 euro. Możliwość zaoszczędzenia w ciągu roku 600–1000 euro przekona nawet mieszkańców zamożnych krajów. Co równie istotne, dzięki udoskonalaniu ogniw zasięg aut elektrycznych będzie rósł, a większa liczba stacji ładowania i punktów zasilania prądem o dużej mocy zmniejszy obawy przed utknięciem w trasie.

Ponieważ prąd wykorzystywany przy produkcji samochodów elektrycznych nie zawsze i nie wszędzie pochodzi ze źródeł odnawialnych, takie auta już na starcie wiążą się z pewnym obciążeniem dla środowiska. Z wyliczeń wynika, że dopiero po przejechaniu ponad 100.000 km auto elektryczne wyemituje w sumie mniej dwutlenku węgla (łącznie podczas produkcji i eksploatacji) niż samochód z jednostką spalinową. Także to zmieni się w ciągu najbliższych lat na korzyść samochodów elektrycznych. Dzięki coraz większej ilości energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych, stosowanej przy produkcji aut elektrycznych oraz akumulatorów do nich, to początkowe obciążenie stopniowo będzie się zmniejszać, tak że pojazdy elektryczne szybciej staną się „czystsze” pod względem dwutlenku węgla.

Szymon Łukasik